毕业设计（论文）-菱形垫片复合模具设计

芜湖职业技术学院WuhuInstituteofTechnology毕业设计说明书全套图纸加V信153893706或扣3346389411论文题目学院专业毕业生学号及姓名指导教师姓名202X年4月PAGEPAGE26摘要本次设计是对菱形垫片进行模具设计，本产品包括冲孔和落料两个工序，初步选择复合模具生产，从产品工艺分析到到排样设计再到结构设计，尺寸计算等等进行全方位的计算。关键词：复合模具，排样，计算目录摘要 2绪论 41.冲压技术的现状 42.冲压技术的发展趋势 53.复合模的特点和概况 54．国内模具CAD技术的未来 5第一章 设计任务书及产品图 7第二章 零件的工艺分析 8第三章 冲压工艺方安的制定 9第四章 模具结构形式的论证和确定 9第五章坯料形状和尺寸的确定 95.1毛胚尺寸的计算 95.2条料宽度的确定: 95.3毛胚排样图 11第六章模具工作零件刃口尺寸计算 11第七章压力计算及压力中心的计算 137.1冲裁力的计算 137.2压力中心的计算 14第八章冲压设备的选择及核 15第九章弹性元件的设计计算 15第十章模具零件的选用、设计及必要的设计 1610.1凸模外形结构、尺寸确定 1610.2凹模外型尺寸的定 1810.3定位零件 1810.3.1送料导向零件 1810.3.2送料定距零件 1910.4卸料装置和推件装置 2010.5导向零件 2010.6导向零件 2110.6.1模架设计 2110.6.2模座 22主要参考文献 24绪论1.冲压技术的现状冲压技术的真正发展，始于汽车的工业化生产。20世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲术的研究和发展。研究工作基本上在板料成形技术和成形性两方面同时展开，关键问题是破裂、起皱与回弹，涉及可成形性预估、成形方法的创新，以及成形过程的分析与控制。但在20世纪的大部分时间里，对冲压技术的掌握基本上是经验型的。分析工具是经典的成形力学理论，能求解的问题十分有限。研究的重点是板材冲压性能及成形力学，60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新的成形技术相继出现。尤其是成形极限图（FLD）的提出，推动了板材性能、成形理论、成形工艺和质量控制的协调发展，成为冲压技术发展史上的一个里程碑。随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展，其特征是与高新技术结合，在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。工业发达国家对冷冲压生产工工艺的发展是很重视的.不少国家(如美国、日本等)模具工业产值己超过机床工业。从这些国家钢材构成可以看出冷冲压的发展趋势。钢带和钢板占全部品种的67%，充分说明冲压这种加工方法己成为现代工业生产的重要手段和发展方向。2.冲压技术的发展趋势随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定企业的生存空间。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、PRO/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。3.复合模的特点和概况复合模是冲压模具的一种，它在提高生产效率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化有非常重要的意义。复合模可对一些形状十分复杂的冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形加工。对大批量生产的冲压零件尤其应该选用复合模。它的特点是：冲压生产效率高；操作安全；冲件质量高；模具寿命长；冲压生产总成本较低4．国内模具CAD技术的未来计算机辅助设计制造(CAD/CAM)系统是利用计算机进行数字和图形信息处理，以实现产品设计、造型和数控加工的自动编程软件，具有知识密集、综合性强、初始投入大的特点。它的普及应用将使产品设计制造和生产的传统模式发生深刻的变化，从而带动制造业技术的快速发展。在我国，CAD/CAM研究普遍存在着科研水平较高，商品化程度低的特点，很多科研成果不能及时转换为生产力，这样，长期以来进口软件便成为唯一的选择。许多企业上了CAD/CAM项目，有的投资额高达数百万元，购置了当时较为先进的工作站、小型机系统，但现在绝大多数都已束之高阁，造成了大量人力、物力的浪费。究其原因：一是国外CAD/CAM软件和工作站等硬件产品价格昂贵，动辄几万、几十万美金，给企业造成沉重的经济负担；二是软硬件操作复杂，不但要求使用者具有较高的数控加工经验，而且要求具有较高的计算机水平和英语基础，这样的人才十分难得且培训周期长，这些因素使得CAD/CAM技术成为国内制造企业的一块心病。近年来，情况有了转机。随着改革开放的深入，沿海和内地的一些地区经济活动日益活跃，特别是广东沿海和江南地区产生了一大批中、小型制造企业。由于面对激烈的市场竞争，产品生命周期不断缩短，多品种、小批量生产比例增加，如何缩短产品的设计、制造周期成为这些企业生存的关键。这一批中小型制造企业迫切要求配备功能完备、价格廉宜、学习简便和技术支持良好的CAD/CAM软件，形成了强大的市场需求。看来，继国产绘图软件全面占领市场之后，高品质、低价位、自主版权的CAD/CAM软件即将大行其道。设计任务书及产品图零件名称棱形垫片复合模具生产批量：大批量材料：材料厚度：1mm零件的工艺分析如上图所示，此制件为简单型冷冲件，形状比较简单。需要落料和冲孔两道工序完成加工。首先定义冲裁：冲裁是利用安装在压力机上的冲裁模，使材料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、剖切、切断等。1）、分析零件的结构工艺性1、该零件形状较为简单，规则。2、该零件底面的平面度要求比较高在进行模具设计的同时需要注意在这方面把好关。3、冲件有尺寸要求4、该产品中间有孔。制件的材料为10钢，冲裁性能好。在整个模具的设计工程中，模具的结构设计安排的是否合理将极大的影响整副模具的使用性能。此工件需要落料和冲孔两个工序。材料为10钢，具有良好的冲压性能，适合冲裁。工件结构相对简单，工件尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求2）、分析公差和表面粗糙度1、公差该零件上的尺寸公差均有要求，按照其公差要求进行计算。2、表面粗糙度此制件未作特殊要求。3）被冲材料为10钢，冲裁性能比较好。材料的厚度在1mm，具有足够的塑性、较低的屈服极限和较高的弹性模量。根据以上分析的结果。此件的冲裁工艺性良好，适合冲裁。工件结构相对简单，工件尺寸精度较低，普通冲裁完全能满足要求.冲压工艺方安的制定方案一、先冲孔，后落料，采用一副级进模。方案二、先落料，在冲孔采用两副单工序膜。方案三、先落料然后冲孔采用一副复合模。方案一、方案二、的模具结构复杂，生产率高，即不能能满足要求又不经济。模具结构形式的论证和确定方案一，生产这个整体效能有所提升，但是制件的冲裁精度底。若按长度方向送进，零件尺寸可以保证，但料窄，送料步距大，不方便，生产效率没有最大化。方案二采用两幅但工序模，生产效率底下不满足要求，方案三落料然后拉伸再冲孔采用三副模具，制件的尺寸精度有所保证，而且从模具结构不算复杂，成本也高，生产效率为提高。既能满足制件的精度要求，且模具的数量少，操作方便，生产效率高，非常具有经济性。分析该制件的结构特征后，初步确定冲压工序：采用一幅模具加工。足以满足制件的精度要求。因为级进模因为成本偏高，难度加大，所以不考虑。第五章坯料形状和尺寸的确定5.1毛胚尺寸的计算产品无折弯拉伸等工艺所以毛坯尺寸就为其原始尺寸5.2条料宽度的确定:排样图既要在冷冲压工艺规程中反映出来，以指导冲压生产，又要在模具装配的右边反映出来，在模具加工和装配中起参考作用，所以画排样图是冷冲压工艺和模具设计中极为重要，且技术性很强的设计工作。排样的方法有很多，如：直排、斜排、直对排、混合排、多行排，等等。方式。中和此制件的特点和加工工艺要求，和经济性的考虑，采用直排较为可行。条料宽度的确定:查表2－6得，a=1.2=1.5,考虑此制件的特殊性，实际都取1.5mm=（40+2X1.5）=43mm式中：B=料宽基本尺寸=条料宽度方向制件轮廓最大尺寸n=侧刃个数b=侧刃切料宽度=条料剪切公差，见表2-7，2-8此处查表得=0.5附表5.3毛胚排样图 第六章模具工作零件刃口尺寸计算冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔。凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高2-3级。若工件没有标注公差，则对于非圆形件按国家标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。1凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模采用配作加工，这种加工方法的特点是间隙由配作保证，工艺比较简单，不必校核条件，并且还可以放大基准件的制造公差（一般可取冲件公差的1/4），使制造容易，因此是目前一般工厂常常采用的方法，特别适用于冲裁薄板件（因其很小）和复杂形状的冲模加工。采用凸、凹模配作加工时，只需计算基准件的刃口尺寸及公差，并详细标注在设计图样上。而另一非基准件不需计算，且设计图样上只标注基本尺寸（与基准件基本尺寸对应一致），不注公差，但要在技术要求中注明：“凹（凸）模刃口尺寸按凹（凸）模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值为—”。具体情况和计算方法如下：落料落料时以凹模为基准，配作凸模。第一类是凹模磨损后增大尺寸第二类是凹模磨损后变小尺寸（公式3-1）第三类是凹模磨损后尺寸不变其中、、为落料凹模刃口尺寸；、、为落料件的基本尺寸；、、为落料件的极限尺寸；为落料件的公差；为磨损系数。冲孔冲孔时以凸模为基准，配作凹模。第一类是凸模磨损后增大尺寸第二类是凸模磨损后变小尺寸（公式3-2）第三类是凸模磨损后尺寸不变其中、、为冲孔凸模刃口尺寸；、、为冲孔件的基本尺寸；、、为冲孔件的基本尺寸；为冲孔件的公差；为磨损系数。在这里只需要以凸模为基准来计算，具体计算过程如下：查《冲压模具设计与制造》P94表3-14知，椐图3-1计算图3-1=凸模按照合理间隙配置mm凹模按照合理间隙配置查《冲压模具设计与制造》P91表3-10知，故冲孔凹模刃口尺寸按凸模实际刃口尺寸配作，保证双面间隙值0.100—0.140mm。第七章压力计算及压力中心的计算落料周边总厂L1=153.8mm中间冲孔总长L2=62.8mm7.1冲裁力的计算冲压力是冲裁力、缷料力、推件力、和顶料力的总称。（1）冲裁力F=KLtτ(2—8)式中F──冲裁力，单位N；L──冲裁件周边长度，单位mm；K──系数，取K=1.3；τ──材料抗剪强度，单位MPa；t──材料厚度，单位mm。（2）卸料力、推料力、顶料力的计算卸料力是将箍在凸模上的材料卸下时所需的力；推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力；顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模洞口时所需的力，如图2-3所示。F缷=K卸F（2—9）F推=nK推F（2—10）F顶=K顶F（2—11）式中K卸──卸料力系数；K推──推料力系数；K顶──顶料力系数。卸料力、推料力、顶料力系数，其值见表2-8采用钢性卸料和下出料方式时，总冲压力为图2-3卸料力推料力顶料力F∑=F+F推(2—12)表2-8卸料力、推料力、顶料力通过以上的计算方式可以得出表2-9从排样图中可知，零件展开后的外形尺寸，计算出将和10钢钢，厚度1mmM的板材冲出一个合格零件所需的冲裁力。L=264落料F=klTt=1.3*350*1*153.8=70KN冲孔F=klTt=1.3*350*1*62.8=28.6KNF缷=K卸F=0.05*70=3.5KN（2—9）F推=nK推F=4*0.04*28.6=4.6KN（2—10）7.2压力中心的计算该模具是但工序模所以压力中心可以看作在压力机的主轴的中心。第八章冲压设备的选择及核为使压力机能安全工作，选择压力机型号为JC23-45的开式压力机，其主要参数为:公称压力：450KN滑块行程：120mm最大封闭高度：330mm最大封闭高度调节量:80mm工作台垫板孔尺寸：250模柄孔尺寸：4080mm垫板厚度：90mm第九章弹性元件的设计计算为了得到平整的工件，模具采用弹压式卸料结构，使条料在冲孔后可以脱离凸模，所以用弹簧为弹性元件。卸料力由聚酯弹簧提供。聚酯弹簧的自由高度取1冲孔落料模第十章模具零件的选用、设计及必要的设计各种结构的冲裁模，一般都是由工作零件(包括凸模、凹模)、定位零件(包括挡料销、导尺等)、卸料零件(如卸料板)、导向零件(如导柱、导套)和安装固定零件(包括上下模座、垫板、凸凹模固定板、螺钉和定位销)等5种基本零件组成。10.1凸模外形结构、尺寸确定采用弹性卸料板的冲裁模，其凸模的长度应根据模具的具体结构确定。采用线切割机床加工，为了使模具装配方便将落料凸模设计成直通式，。采用弹性卸料板的冲裁模，基本结构如图3-1所示。凸模的长度按式(3—2)计算L＝l1＋l2＋l3＋(15～20)mm(3—2)式中l1──凸模固定板厚度，单位mm；l2──缷料板的厚度，单位mm；l3──导尺的厚度，单位mm。图3-1凸模长度式中的15~20mm包括凸模进入凹模的深度、凸模修磨量、冲模在闭合状态下缷料板到凸模固定板间的距离。一般应根据具体结构再加以修正。这里设计的凸模长度按式(3—3)计算L=l1+l2+h(3—3)式中l1──凸模固定板厚度，单位mm；l2──缷料板的厚度，单位mm；t──材料厚度，单位mm；h──式中h取15~20mm凸模的刃口尺寸按落料凹模尺寸配制，并保证双面间隙在0.0凸模固定板厚度取11mmm。中垫板厚度为11mmm，凹模板的厚度为11mmm，，缓冲长度1.5mm.则凸模长度根据公式L＝l1＋l2+h，即L=(12＋12＋12－1.5)mm＝3结合工件外形并考虑加工，将落料凸模设计成直通式，采用线切割机床加工，所以无需对其进行强度校核。冲裁时凸模进入凹模刃口3mm凸模10.2凹模外型尺寸的定凹模类型很多，凹模的外形有圆形和板形；结构有整体式和镶嵌式；刃口也有平刃和斜刃。这次设计凹模采用板形，结构采用整体式，刃口采用平刃。凹模的固定方法，采用螺钉和销钉将凹模固定在下模座上，保证螺钉（或沉孔）间、螺孔与销孔间及螺孔、销孔与凹模刃壁间的距离不能太近，不然会影响模具寿命。10.3定位零件10.3.1送料导向零件该副落料冲压冷冲模的送料导向零件采用用定位销，可以很好的起到定位和导向的作用，而且结构简单实用。犹豫本次设计采用但工序模，所以在卸料板上开有挡料销的让孔，可以很好的保证模具的运作。10.3.2送料定距零件标准结构的固定定位销，其结构简单，制造容易，广泛应用于冲值中、小型冲裁件的挡料定距。挡料销在送进方向带有斜面，送进时当搭边碰撞斜面使挡料销跳越搭边而进人下一个孔中时，然后将条料后拉，挡料销便抵住搭边而定位。每次送料都要先送后拉，做方向相反的两个动作。适用于厚度大于1mmm的冲压材料，因为废料需带有一定的强度，如料太薄，则顶不起带有弹簧的挡料销，所以这里采用活动挡料销。固定挡料销分圆形和构形两种，一般安装在凹模上。该模具采用固定圆形挡料销，结构简单，制造容易，但销孔离凹模刃壁较近，削弱了凹模强度。设计时采用标准结构的挡料销，设计时使挡料销销孔与凹模刃壁的距离稍微远一点，提高凹模强度。10.4卸料装置和推件装置卸料板一般分为刚性卸料板和弹性卸料板两种形式。弹性卸料板有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高，冲压前可对毛坯有预压作用，冲压后也可使冲压件平稳卸料，所以这里选用弹性卸料装置。因为冲裁材料较厚，而且有弯曲成型，所以冲压时需对零件起压料作用，所以选用弹压卸料装置。卸料板厚度一般取凹模厚度的（0.8～1.0）倍，所以取为14mm因为在冲压过程中，凸模自然会将冲件从凹模中卸下，所以这里不需要有推件与顶出装置。卸料板采用45钢制造，淬火硬度为40~45HRC。弹压卸料板与凸模的单边间隙可根据冲裁模厚度按表3-1选用，这里工件厚度为1，所以卸料板与凸模间隙取0.1。表3-1弹压卸料板与凸模间隙值mm材料厚度t＜0.50.5~1＞1单边间隙Z0.050.10.1510.5导向零件选用滑动导柱和导套，其结构和尺寸都有标注规定。导套内孔有储油槽，以便储油润滑，内孔与导柱滑动配合；导柱的两端基本尺寸相同，公差不同。按照标注选用时，L应保证导柱的上端面与上模座的上平面之间的距离不小于10～15mm，以保证凸、凹模经多次刃磨而使模具闭合高度变小后，导柱也不会影响模具正常工作；而下模座的下平面与导柱压入端的端面之间的距离不应小于2～3mm，以保证下模座在压力机工作台上的安装固定；导套的上端面与上模座上平面之间的距离应大于2～3mm，以便排气和出油。导套的外径和上模座采用过盈配合（H7/r6）；导柱的下部与下模座导柱孔采用过盈配合（H7/r6）。导柱、导套之间采用间隙配合，其配合间隙必须小于冲裁间隙，冲裁间隙小的一般按照H6/h5配合，冲裁间隙大的一般按照H7/h6配合。紧固零件螺钉用于固定模具零件，而销钉则起定位作用。查表2.27，卸料螺钉M8固定螺钉M8以及φ8销钉。10.6导向零件10.6.1模架设计根据标准规定，模架主要有两大类：一类是由上模座、下模座、导柱、导套组成的导柱模架；另一类是是由弹压导板、下模座、导柱、导套组成的导板模模架。模架及其组成零件已经标准化，并对其规定了一定的技术条件。导柱模模架按导向结构形式分为滑动导向和滚动导向两种。滑动导向模架的精度等级分为Ⅰ级和Ⅱ级，滚动导向模架的精度等级分为0Ⅰ级和0Ⅱ级。各级对导柱、导套的配合精度、上模座上平面对下模座下平面的平行度、导柱轴心线对下模座下平面的垂直度等都规定了一定的公差等级。这些技术条件保证了整个模架具有一定的精度，也是保证冲裁间隙均匀性的前提。有了这一前提，加上工作零件的制造精度和装配精度达到一定的要求，整个模具达到一定的精度就有了基本点保证。滑动导向模架的结构形式有4种：对角导柱模架、中间导柱模架、四角导柱模架、后侧导柱模架。后侧导柱模架的特点是导向装置在后侧，横向和纵向送料都比较方便，但如果有偏心载荷，压力机导向又不精确，就会造成上模歪斜，导向装置和凸、凹模都容易磨损。从而影响模具寿命。此模具一般用于较小的模架。该模具采用后侧导柱模架，这种模架的导柱在模具的一边。以凹模周界尺寸为依据，选择模架规格。查《冲压模具课程设计指导与范例》书第231页，得到以下数据：402*332*207mm，上模座厚度h上模取30mm，上模垫板厚度h垫取10mm，上固